第十一章聯(lián)軸器和離合器

第11章聯(lián)軸器與離合器11.1緒論聯(lián)軸器和離合器的用途是在兩軸之間或兩根同軸線的軸之間傳遞轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器是用來(lái)在兩軸之間形成長(zhǎng)期連接的部件，如果要使聯(lián)軸器連接的兩根軸相互脫開(kāi)，必須停下機(jī)器，再拆開(kāi)聯(lián)軸器；離合器用來(lái)將兩軸在其轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止時(shí)連接或分開(kāi)（圖11.1）。圖圖11.1聯(lián)軸器和離合器的作用1.電機(jī)；2.聯(lián)軸器；3.減速器；4.離合器5.滾筒聯(lián)軸器和離合器是獨(dú)立的部件，主要類(lèi)型均有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在工程實(shí)踐中，主要是差目錄或手冊(cè)的表格，或按以某一計(jì)算轉(zhuǎn)矩為依據(jù)的條件性計(jì)算來(lái)選取聯(lián)軸器和離合器。計(jì)算轉(zhuǎn)矩為（11.1）式中：—名義轉(zhuǎn)矩；—工作情況系數(shù)；—公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩。工作情況系數(shù)按表11.1選取表11.1工作情況系數(shù)工作機(jī)動(dòng)力機(jī)載荷性質(zhì)機(jī)器類(lèi)型電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)質(zhì)量不大且工作平穩(wěn)發(fā)電機(jī)、通風(fēng)機(jī)、離心水泵、傳送帶、車(chē)床、鉆床、磨床等1~1.51.3~2起動(dòng)質(zhì)量中等且載荷變動(dòng)活塞式壓縮機(jī)、龍門(mén)刨床、牛頭刨床、插床升降機(jī)等1.5~22~2.6起動(dòng)質(zhì)量大且受沖擊載荷動(dòng)力錘、輥軋機(jī)、球磨機(jī)、起重機(jī)、挖掘機(jī)等2.5~33.2~411.2聯(lián)軸器根據(jù)聯(lián)軸器對(duì)相對(duì)偏移有無(wú)補(bǔ)償能力，聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。11.2.1剛性聯(lián)軸器剛性聯(lián)軸器用于剛性地連接兩根嚴(yán)格共軸線的軸。此種聯(lián)軸器價(jià)廉并能經(jīng)受粗糙的使用條件，但軸端間必須有良好的對(duì)中，以避免在軸內(nèi)產(chǎn)生彎矩，或在軸承內(nèi)引起載荷。這種聯(lián)軸器主要應(yīng)用于長(zhǎng)動(dòng)軸的連接，以及缺乏足夠徑向空間因而不能安裝撓性聯(lián)軸器時(shí)。剛性聯(lián)軸器有套筒式（圖11.2）、凸緣式（圖11.3）等。潘存云教授研制潘存云教授研制圖11.圖11.3凸緣聯(lián)軸器圖11.SEQFigure\*ARABIC2套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器套筒聯(lián)軸器是最簡(jiǎn)單的聯(lián)軸器。它用一個(gè)套筒套在兩軸端并用平鍵、緊定螺釘（圖11.2（a））或銷(xiāo)釘（圖11.2（b））將其固定在軸上。這種聯(lián)軸器的直徑特別小，但安裝這種聯(lián)軸器較為復(fù)雜，以為需將軸沿軸向做相當(dāng)大的移動(dòng)。套筒式聯(lián)軸器通常只用于直徑不大于100mm的軸，經(jīng)常用于不大于70mm的軸。通常套筒聯(lián)軸器的外徑D=(1.5~1.8)d，長(zhǎng)度L=(2.5~4)d，其中d為軸徑。凸緣聯(lián)軸器凸緣聯(lián)軸器（圖11.3）是剛性固定式聯(lián)軸器的主要形式。在所連接的兩根軸端部，各裝著半聯(lián)軸器，即凸緣，而兩凸緣間有螺栓連接。在圖11.3（a）中，轉(zhuǎn)矩是由凸緣間的摩擦力來(lái)傳遞的。如果連接螺栓與孔之間沒(méi)有間隙（螺栓與孔配合），如圖11.3（b）所示，轉(zhuǎn)矩是由連接螺栓的剪切抗力來(lái)傳遞的。用受剪螺栓連接的這種聯(lián)軸器能傳遞很大的轉(zhuǎn)矩，因此較為優(yōu)越。11.2.2撓性聯(lián)軸器撓性聯(lián)軸器對(duì)相對(duì)偏移具有補(bǔ)償能力。常用的類(lèi)型有：齒輪聯(lián)軸器、十字滑塊聯(lián)軸器、萬(wàn)向聯(lián)軸器、彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。齒輪聯(lián)軸器齒輪聯(lián)軸器（圖11.4（a））由兩個(gè)具有外齒的套筒和套于其上具有內(nèi)齒的外殼組成。齒輪形套筒裝在所連接軸的端部，兩外殼用螺栓連接。套筒和外殼的齒具有普通漸開(kāi)線齒廓。每一齒圈的齒數(shù)為30~80,視聯(lián)軸器的尺寸而定。圖圖11.4齒輪聯(lián)軸器為了能夠補(bǔ)償所連接軸位置的直線偏差和角偏差，相配內(nèi)、外齒間做有內(nèi)向游隙（齒廓間有間隙）；套筒的外齒頂部在切齒前車(chē)成球面形而非圓柱形（圖11.4（b））；將外齒切成鼓行（圖11.4（b））齒輪聯(lián)軸器具有以下特點(diǎn)：(1)因同時(shí)發(fā)生接觸的齒數(shù)很多，所以承載能力大，連接可靠同時(shí)外形尺寸小。(2)允許很高的轉(zhuǎn)速，齒上的圓周速度可達(dá)25m/s，當(dāng)特別精致時(shí)可更高，可達(dá)50~80m/s.(3)由于采用現(xiàn)代的高生產(chǎn)率切齒技術(shù)，所以工藝性好。齒輪聯(lián)軸器應(yīng)用廣泛，特別是在重型工業(yè)制造中。十字滑塊聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器（圖11.5）主要用來(lái)連接軸線有徑向偏移的軸。但是，由于它具有軸向間隙，所以也能補(bǔ)償一些軸向和角度偏移。這種聯(lián)軸器由兩個(gè)帶有凸緣的輪廓和一個(gè)中間浮動(dòng)盤(pán)組成。在這兩個(gè)凸緣的端面上，各開(kāi)有一條通過(guò)中心的橫槽，而圓盤(pán)的每一面上則各上各有一條直徑方向上的榫，兩榫方向互為90°的十字交叉，榫嵌溝槽內(nèi)，溝槽作為榫的導(dǎo)軌，因而能傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)又允許輪轂與中間盤(pán)可有相對(duì)徑向偏移，在軸線有徑向偏移或角度偏移或角度偏移的軸間傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)軌中發(fā)生滑動(dòng)。中間浮動(dòng)盤(pán)的中心做圓運(yùn)動(dòng)，圓的直徑等于軸線的偏移量。因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生很大離心力和相當(dāng)大的磨損，所以這就限制了這種聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)速。圖圖11.5十字滑塊聯(lián)軸器萬(wàn)向聯(lián)軸器萬(wàn)向聯(lián)軸器（圖11.6）用于軸線相互傾斜達(dá)40°~45°的軸間傳遞轉(zhuǎn)矩，而且軸線傾角在工作時(shí)可以變化。圖圖11.6萬(wàn)向聯(lián)軸器它所以能在如此大的角度下傳遞轉(zhuǎn)矩，是因?yàn)檫@種聯(lián)軸器具有軸線相互垂直的兩個(gè)鉸鏈，萬(wàn)向聯(lián)軸器的兩個(gè)半聯(lián)軸器都做成叉形，其叉齒互相轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)直角，并與中間體相鉸鏈，該中間體呈十字行。如果主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的軸線不相重合而采用單鉸鏈萬(wàn)向聯(lián)軸器，則當(dāng)主動(dòng)軸等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸做不等速轉(zhuǎn)動(dòng)。要使從動(dòng)軸與主動(dòng)軸作同步轉(zhuǎn)動(dòng)，可以裝兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器（圖11.7），使第二個(gè)聯(lián)軸器抵消第一個(gè)聯(lián)軸器所造成的不均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。這種聯(lián)軸器稱(chēng)為雙萬(wàn)向聯(lián)軸器，它必須滿(mǎn)足下列條件。圖圖11.7雙向聯(lián)軸器的原理（1）主動(dòng)軸1和從動(dòng)軸2的軸線必須與中間軸C成相同的角度，即；（2）中間軸C兩端半聯(lián)軸器的叉應(yīng)布置在同一平面內(nèi)。雙萬(wàn)向聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)如圖11.8所示。彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器在彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器（圖11.9）中，通過(guò)柱銷(xiāo)和套在柱銷(xiāo)上的彈性套來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩。柱銷(xiāo)的錐形尾端夾持在一個(gè)帶緣輪轂（半聯(lián)軸器）中，并穿入另一個(gè)帶緣輪轂的圓柱形孔中。柱銷(xiāo)的數(shù)目，視聯(lián)軸器尺寸而定，可以死4~10個(gè)。圖11.圖11.9彈性柱銷(xiāo)聯(lián)軸器圖11.8雙萬(wàn)向聯(lián)軸器彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，因其易于制造、彈性元件簡(jiǎn)單且便于更換，所以在機(jī)械制造業(yè)中廣泛采用，特別是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)中。蛇形彈簧聯(lián)軸器蛇形彈簧聯(lián)軸器（圖11.10（a））是由兩個(gè)具有特種形狀齒的半聯(lián)軸器和嵌在齒槽內(nèi)的曲折行彈簧帶構(gòu)成。它所傳遞的載荷均勻分布在大量簧圈上，所以可以做成外形尺寸小而柔度大的聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器可分為變剛度和定剛度兩種。圖圖11.10蛇形彈簧聯(lián)軸器第一種齒的工作面是弧形（圖11.10（b）），當(dāng)聯(lián)軸器所傳遞的轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，彈簧與齒緊貼，于是兩半聯(lián)軸器的齒與彈簧的接觸點(diǎn)就相互接近，因此，聯(lián)軸器的剛度和承載能力增大。它是各種帶金屬?gòu)椥栽穆?lián)軸器中效能最好的一種。第二種齒的工作面是菱形（圖11.10（c）），工作時(shí)一般剛性不變，在固定式?jīng)]有振動(dòng)的機(jī)器中，常采用這種具有簡(jiǎn)單齒形的定剛度聯(lián)軸器。蛇形彈簧聯(lián)軸器主要應(yīng)用范圍是重型機(jī)械制造業(yè)，特別是軋鋼機(jī)、汽輪機(jī)等。11.3離合器離合器操縱離合器clutches機(jī)械離合器離合器操縱離合器clutches機(jī)械離合器液動(dòng)離合器controlledclutches氣動(dòng)離合器電磁離合器自動(dòng)離合器cluthes超越離合器離心離合器安全離合器 11.3.1機(jī)械操縱離合器1.牙嵌式離合器牙嵌式離合器（圖11.11）由兩個(gè)在端面上有牙塊（突塊）的半離合器1，2構(gòu)成，一方的牙嵌入另一方的牙間。將一方沿軸上導(dǎo)鍵3作軸向移動(dòng)，可使兩半離合器嚙合或分離。通常，為了減少結(jié)合機(jī)構(gòu)的磨損，把可動(dòng)的半離合器安裝在從動(dòng)軸上。這樣，撥叉或滑塊4在可動(dòng)的半離合器環(huán)槽中滑動(dòng)，只發(fā)生在離合器接合以后。牙嵌式離合器要求兩軸能準(zhǔn)確對(duì)中，為此，可用對(duì)中環(huán)5來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖11.12圖11.12牙嵌式離合器的種類(lèi)圖11.11牙嵌式離合器牙嵌式離合器牙形有三角形，梯形，矩形，鋸齒形（圖11.12）.三角形牙其側(cè)邊與離合器軸線夾角為，牙數(shù)為。用于轉(zhuǎn)矩小，速度低的場(chǎng)合。其主要優(yōu)點(diǎn)是容易接合。梯形牙其側(cè)邊與離合器軸線夾角，牙數(shù)。用于高速下傳遞大的轉(zhuǎn)矩。矩形牙其特點(diǎn)與梯形牙相近，但一定要做有間隙才能接合，比上兩種牙形較難接合，但不需要持續(xù)的軸向壓力來(lái)維持其接合。鋸齒形牙用于單方向傳動(dòng)的離合器中。牙嵌式離合器的工作能力準(zhǔn)則，是牙的接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度。假設(shè)所有的牙受載均勻，則條件性壓應(yīng)力為（11.2）式中：---牙的平均直徑；n----牙數(shù)；a----牙的徑向?qū)挾?；h----牙的接觸高度；[p]---許用應(yīng)力。彎曲應(yīng)力為（11.3）式中：[]------許用彎曲應(yīng)力；W-----牙的彎曲截面模量。2.摩擦式離合器摩擦式離合器是依靠在離合器元件間產(chǎn)生摩擦力而工作的。摩擦離合器按摩擦表面形狀可分為：圓盤(pán)式離合器，圓錐式離合器，閘塊和閘帶式離合器。圓盤(pán)式離合器工作面形狀最簡(jiǎn)單，廣泛用于機(jī)械制造業(yè)中。這種離合器分為單圓盤(pán)離合器和多圓盤(pán)離合器，單圓盤(pán)離合器有一個(gè)摩擦面（圖11.13），多圓盤(pán)離合器有幾個(gè)摩擦面（圖11.14）.圖11.圖11.14多圓盤(pán)離合器圖11.13單圓盤(pán)離合器單圓盤(pán)離合器廣泛用作汽車(chē)離合器，因?yàn)槠?chē)中希望離合器分離時(shí)干脆利落。多圓盤(pán)離合器承載能力大而尺寸小，接合平穩(wěn)，單分離性能不佳。11.3.2安全離合器銷(xiāo)釘式安全離合器銷(xiāo)釘式安全離合器（圖11.15）在有沖擊過(guò)載危險(xiǎn)的情況下，銷(xiāo)釘被剪斷。這類(lèi)離合器只用于很少發(fā)生過(guò)載時(shí)，因其外形尺寸小，所以可靠近過(guò)載源安裝。這種離合器的缺點(diǎn)是必須更換斷裂了的元件。圖11.圖11.16摩擦安全離合器圖11.15銷(xiāo)釘式安全離合器摩擦安全離合器摩擦安全離合器（圖11.16）用于頻繁的短時(shí)間過(guò)載。由于離合器是短時(shí)間打滑，如不用于長(zhǎng)期過(guò)載，可允許受較高壓力。這種離合器做成圓盤(pán)形的或圓錐形的，在結(jié)構(gòu)上相似于普通摩擦離合器。其區(qū)別是沒(méi)有操縱機(jī)構(gòu)，以及摩擦元件是用彈簧來(lái)保持壓緊的。主要采用多圓盤(pán)離合器。圓錐離合器只用于轉(zhuǎn)矩